Ningún sistema es adecuado para todos.

Los componentes que conforman su sistema de posicionamiento de alta precisión —base y cojinetes, sistema de medición de posición, sistema de motor y accionamiento, y controlador— deben funcionar en conjunto de la mejor manera posible. En la Parte 1, analizamos la base y los cojinetes del sistema. Aquí, abordaremos la medición de posición. La Parte 3 tratará sobre el diseño de la plataforma, el accionamiento y el codificador; el amplificador de accionamiento; y los controladores.

sistema de medición de posición

En general, los controladores se clasifican como de "lazo abierto" o de "lazo cerrado". En los controladores de lazo abierto (usados ​​habitualmente con motores paso a paso), cada impulso que emite el controlador provoca un desplazamiento determinado del carro. Sin embargo, no hay forma de determinar la magnitud de dicho desplazamiento. Por ejemplo, se pueden haber emitido 500 pulsos, pero debido a la fricción estática, la tolerancia del husillo de bolas, la histéresis, los errores de bobinado, etc., la mesa puede haberse movido solo durante 498 pulsos. Una desventaja importante es que no se realiza ninguna corrección del error de posicionamiento.

En un sistema de lazo cerrado, o servocontrol, un codificador de posición proporciona retroalimentación al controlador. El controlador continúa enviando señales de control del motor hasta que se alcanza la posición exacta deseada de la corredera.

En la ilustración superior se muestra una diapositiva sin indicador de posición, seguida de los tres métodos comunes para medir la posición de la diapositiva:
• Posicione el codificador montado en el motor o en el eje del husillo de bolas.
• Codificador lineal montado sobre la corredera.
• Interferómetro láser con espejos montados en la corredera.

En el primer método, la posición del carro se mide indirectamente: el codificador de posición se monta en el eje de transmisión. La tolerancia, el desgaste y la flexibilidad de los componentes mecánicos entre el carro y el codificador de posición generan desviaciones entre las posiciones deseadas y reales del carro. En combinación con el husillo de bolas, la precisión del carro, en el mejor de los casos, está limitada por la precisión del husillo. Las precisiones típicas son de ±5 a ±10 mm por cada 300 mm de recorrido.

La mayoría de los sistemas de medición lineal constan de una escala de vidrio de alta precisión y un cabezal de medición fotoeléctrico. La escala o el cabezal se acoplan directamente a la corredera móvil y miden su posición directamente. No se introducen errores por imprecisiones del husillo de bolas. La precisión típica de la escala es de ±1 a ±5 mm/m. Esta es también la precisión de la corredera en la posición del cabezal de medición.

La carga de la plataforma (cuya precisión posicional es lo que realmente nos interesa) siempre se encuentra a cierta distancia de la escala de medición, medida en dirección perpendicular al movimiento, ya que la mayoría de los encoders están ubicados debajo de la corredera, mientras que la carga se encuentra encima. Esto se acentúa aún más en plataformas apiladas. Durante un movimiento, si la corredera se inclina ligeramente debido a desviaciones en la rectitud de las guías, errores de inversión, etc., se produce una desviación en la posición de la carga con respecto al encoder.

Un pequeño error angular con una gran desviación, como el que se encuentra en las plataformas XY apiladas, puede provocar una multiplicación de la imprecisión de la escala. En otras palabras, una escala de medición proporciona información de posición correcta solo en el punto donde se acopla el cabezal de medición.

Una plataforma móvil con características de balanceo de precisión, por ejemplo, muestra errores angulares típicos de aproximadamente ±5 segundos de arco. (1 segundo de arco = 1/3600 grados o aproximadamente 5 μrad). Para una distancia de 100 mm entre la carga y la escala, esto resulta en un error de posicionamiento de ±2,5 mm.

Para aplicaciones de extrema precisión, el sistema de posicionamiento por interferómetro láser con espejos planos es la mejor opción. La longitud de onda de un láser de helio-neón, 632,8 nm, sirve como referencia. Un nanómetro equivale a 1 × 10⁻⁹ metros. Se puede lograr una precisión de aproximadamente ±0,1 mm/m con una fuente láser estabilizada, con una resolución de hasta λ/1024 o 0,617 μm. Lambda (λ) es la longitud de onda de la luz.

Una de las principales ventajas es que los espejos pueden ubicarse en el punto de aplicación de la carga, es decir, donde la precisión es fundamental. Se eliminan los errores de Abbé. La planitud del espejo, generalmente del orden de las submicras, determina la linealidad del movimiento de la corredera.

Además, dado que el movimiento de una plataforma XY se referencia a un punto fijo fuera del plano de movimiento, la retroalimentación compensa automáticamente cualquier falta de escuadra del sistema XY, ya que mantiene la corredera a una distancia fija.

La longitud de onda de la luz en el aire depende de su velocidad, la cual, a su vez, depende de la temperatura, la presión y la humedad relativa del aire, entre otros factores. Al usar una escala de medición, los cambios de temperatura generan errores debido a la dilatación del material. Los coeficientes de dilatación típicos para escalas de vidrio y acero son de 8 y 10 mm/m por grado Kelvin, respectivamente. Con un interferómetro láser, cuando no es posible mantener un entorno estable, se pueden corregir las variaciones atmosféricas mediante componentes de compensación automática opcionales.